Ардуино всемогущий
$CUT$
Умный чип
Контроллер - это миниатюрный компьютер с набором входов и выходов, работающий по заранее написанной программе. Микросхема-контроллер обязательно присутствует в вышеупомянутых телефоне, плеере и пульте, равно как в практически любом современном электронном устройстве.
Контроллер - вещь сама по себе универсальная. Ко входам можно подключить как обычные кнопки (пульт), так и температурные датчики (кондиционер), модули беспроводной связи (телефон) и даже электрогитару (цифровой процессор эффектов). Выходы также могут управлять чем угодно. Задача контроллера - измерять электрическое напряжение на входах и подавать напряжение на выходы в соответствии с программой.
Arduino - один из самых распространенных контроллеров. Он чрезвычайно удобен для постройки прототипов электронных устройств и поэтому пользуется популярностью среди любителей, студентов и вполне серьезных изобретателей по всему миру. На то есть несколько веских причин.
Во-первых, Arduino действительно универсален. С помощью специальных плат расширения его можно обучить общению с другими устройствами по Wi-Fi, Bluetooth и GPRS, принимать SMS-сообщения и телефонные звонки. Встроенные библиотеки протоколов позволяют Arduino общаться с сервоприводами и сенсорами, распространенными в современной робототехнике. Открытая архитектура софта и железа позволяет более продвинутым пользователям с легкостью настроить его под любые нужды.
Во-вторых, Arduino использует несколько упрощенный язык программирования, с которым легко освоиться даже начинающим пользователям. Контроллер представляет собой не просто микросхему, а плату с готовой схемой питания и интерфейсами для подключения к компьютеру, входным и выходным компонентам.
Наконец, Arduino дешев. Не настолько, чтобы использовать его в оптовом промышленном производстве (для этого лучше применять отдельные чипы), но как раз настолько, чтобы любой изобретатель, дизайнер или программист, у которого есть оригинальная идея, мог приобрести контроллер и создать на его основе действующий прототип.
Контроллер ARDUINO UNO
ARDUINO UNO - это базовый контроллер семейства ARDUINO, подходящий для решения многих задач.
У него есть 14 контактов, которые могут служить и входами, и выходами, serial-интерфейс для подключения к компьютеру, USB-порт. Для более специфических задач могут подойти другие платы. Arduino Mega содержит большее количество входов, выходов и serial-портов. Arduino Nano - это аналог Uno в ультракомпактном исполнении. Бесчисленные платы расширения готовы превратить ваш Arduino в Wi-Fi-роутер, мобильный телефон, музыкальный инструмент или робот.
Составляющие набора
Доска для прототипирования
Чтобы попробовать в деле только что придуманную электронную схему и поэкспериментировать с подбором компонентов, вовсе не обязательно каждый раз браться за паяльник.
Для быстрой и надежной сборки схем существует доска для прототипирования, или монтажная доска. Она состоит из многочисленных разъемов, соединенных определенным образом. По правому и левому краю доски идут две пары рельс питания. Все эти контакты соединены по вертикали и служат для подключения компонентов к источнику тока. Если рельсы питания напоминают столбцы таблицы, то все остальные контакты объединены в строчки, по горизонтали. На них располагаются электронные компоненты: микросхемы, транзисторы, резисторы, конденсаторы. Все они соединяются в нужную схему с помощью перемычек. Набор перемычек разной длины также входит в комплект.
Провода
На самом деле, какого цвета провода использовать в схеме - исключительно дело вкуса.
Резисторы
Набор учит нас применять резисторы по нескольким типичным схемам. Схема делителя напряжения, состоящая из пары резисторов, позволяет управлять напряжением в любой точке схемы. Токоограничивающий резистор защищает маломощные компоненты от перегрева. Кроме того, применяются стягивающие и подтягивающие резисторы, которые отводят наводки и помехи в землю от входов контроллера во избежание случайных срабатываний.
Конденсаторы
Конденсатор можно представить как маленький аккумулятор, который очень быстро заряжается и разряжается.
Конденсаторы применяются для стабилизации напряжения питания - постоянно заряжаясь и разряжаясь, они сглаживают шумы. Фильтрующий конденсатор позволяет отделить изменяющуюся составляющую сигнала от постоянной, к примеру, если в цепь с источником питания включен электретный микрофон.
Полупроводники
Транзисторы и диоды - это своеобразные ворота, которые мы ставим на пути течения тока.
Диод позволяет току течь только в одном направлении. В частности, диоды незаменимы для превращения переменного тока в постоянный. Транзистор позволяет нам управлять большим напряжением или током с помощью слабого управляющего сигнала.
К примеру, Arduino слишком слаб, чтобы запитать электродвигатель с собственного выхода. Однако он может подавать управляющий сигнал на транзистор, который откроет ворота для большого потока электричества, необходимого мотору.
Источники сигнала
Контроллер управляет потребителями тока по команде, а команда должна откуда-то поступать.
Для управления схемами в комплект входит несколько кнопок и переменный резистор. Есть компоненты и поинтереснее: термистор изменяет собственное сопротивление в зависимости от температуры, а фоторезистор реагирует на количество падающего на него света.
Светодиоды
Светодиоды незаменимы для отладки программ, так как их свечение наглядно демонстрирует наличие сигнала. В то же время они настолько экономичны, что им с лихвой хватает питания от выходов Arduino. Чтобы диоды не перегревались и служили долго, их необходимо подключать через токоограничивающий резистор.
Цифровой индикатор 
Чтобы управлять цифровым индикатором с помощью Arduino, пришлось бы задействовать семь выходов контроллера, а это весьма расточительно. Входящая в комплект микросхема-счетчик позволяет подключить многоразрядный дисплей [несколько индикаторов] с помощью всего двух выходов.
Сервопривод
Электродвигатель с обратной связью, или сервопривод - это компанент, без которого немыслима современная робототехника.
Помимо контактов питания сервопривод имеет еще и управляющий контакт. С его помощью контроллер может подать мотору команду повернуться строго на определенный угол. Arduino умеет общаться с сервоприводами по специальному протоколу. Для этого не нужно писать отдельную программу, достаточно просто указать необходимый угол поворота.
Адаптер питания
При работе с Arduino адаптер может потребоваться в двух случаях. Во-первых, если вы хотите, чтобы чип работал по заранее написанной программе без участия компьютера. Во-вторых, если мощность потребителей схемы слишком велика, чтобы USB-разъем компьютера мог ее предоставить. Классический пример прожорливого потребителя - электродвигатель или сервопривод.
В комплект входит универсальный адаптер питания с переключателем напряжения и исчерпывающим набором разъёмов.
Интенсивный курс
Продажей Arduino в России занимается компания «Амперка». Продукт этот полезный и нужный, но не простой: чтобы начать им пользоваться, нужно разбираться в схемотехнике и программировании. Чтобы помочь всем творческим энтузиастам освоиться с контроллером, «Амперка» выпускает ознакомительные наборы, один из которых и попал нам в руки. Помимо самого Arduino в набор входит монтажная доска, всевозможные радиодетали, блок питания, интерфейсный кабель, комплект проводов - в общем, все необходимое, чтобы построить несколько простых схем и начать ставить собственные эксперименты.
Еще одна важная часть обучающей системы - видеоуроки от выпускника Корнеллского университета Джереми Блюма, в которых инженер шаг за шагом демонстрирует сборку схем и программирование контроллера, подробно объясняя, как именно все это действует.
Первое, чему учит нас Джереми, - это работа с монтажной доской. Оказывается, чтобы экспериментировать с электроникой, вовсе не обязательно постоянно дымить паяльником.
Второй важнейший урок - это практическое применение закона Ома. Постоянные читатели помнят, что мы и раньше сталкивались с контроллерами - в конструкторе Lego Mindstorms и роботе Robonova. Эти контроллеры предназначены для работы с фиксированным набором компонентов (сервоприводы и датчики для роботов), которые идеально подобраны и подходят друг к другу. Arduino - универсальный контроллер, его можно использовать с любыми компонентами, каждый из которых рассчитан на собственное напряжение и ток. Джереми просто и наглядно объясняет, как с помощью резисторов доставить ровно необходимое количество электричества в любую точку схемы.
К основам схемотехники относится и решение задачи об устранении помех и наводок, которые Arduino может ошибочно принять за управляющие сигналы. Мы учимся использовать стягивающие резисторы и стабилизирующие конденсаторы, чтобы поведение схемы было контролируемым. Упражняясь в программировании, первым делом создаем простые схемы: ночник, управляемый уровнем освещения в комнате, электродвигатель, совершающий движения по заданному алгоритму. В более сложных примерах мы учимся принимать данные с компьютера и управлять им с помощью Arduino - к примеру, создаем некое подобие джойстика, способного менять цвет монитора. Подробные уроки по подключению к чипу более сложных устройств, таких кактексговые экраны, модули беспроводной связи, сервоприводы, можно найти на сайтах сообщества Arduino.
В следующий раз, увидев на киноэкране управляемую эсэмэсками бомбу замедленного действия, собранную безумным ученым в классическом образе, вы будете отлично представлять себе, как именно она устроена. При желании вы даже сможете собрать такую сами...
Опубликовано в «Популярная механика», №9 от 2012г |
| Категория: Мои статьи | Добавил: redaktor (14.09.2012)
|
| Просмотров: 2502
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
Меню сайта
685000 г. Магадан, ул. Полярная 13
тел.: 8 (4132) 630505
|
